酸洗钝化在制药工程中的应用

　　前言

　　为了避免药物的不良变化，在设计制药设备和高纯水系统时，需要确保它们与产品之间的接触面没有反应性、添加剂和吸收性。考虑到铬镍不锈钢(ss)的耐蚀性和抗污染性，高纯水系统基本采用铬镍不锈钢。钝化应该达到材料的最大耐腐蚀性。不锈钢是通过将钢浸泡在硫酸/硝酸/氢氟酸中进行抛光，以去除钢表面的硫化锰、污垢、杂质和缺陷。

　　当钢从酸浸浴中取出时，其表面会立即形成一层薄薄的氧化物。氧化层会使不锈钢表面失去活性和非反应性，因此不容易被腐蚀。任何系列的300系列铬钢都含有17%或更多的经处理或焊接的铬，在使用前应进行钝化，并在钝化前进行适当清洁。

　　钝化是通过强氧化性化学试剂如硝酸来强化钢表面。酸可以还原钢表面的酸溶性物质，使表面的高活性铬以复合氧化物的形式存在。

　　钝化的优点

　　铬镍不锈钢体系建立后，焊接处理会破坏已有的钝化膜，降低材料的耐蚀性。特别是它会出现在以下几个区域：被热侵蚀的地方或者有残留物需要延长与材料表面接触时间的地方。这样，钝化将修复耐腐蚀材料受损表面的完整性。

　　化学加工

　　表面膜的过度电去除和氧化剂(O2分子)供应不足将形成表面腐蚀产物。当这种情况发生时，铬(Crn)将从表面分离，暴露并氧化材料网下层的铁(Fe)和镍(Ni)。

　　在铬镍不锈钢表面形成钝化表面或钝化膜非常重要，可以最大限度地提高材料的耐蚀性。当暴露在氧化环境中时，这些材料会自发形成钝化表面。氧的来源包括空气、含氧水和其他氧化的大气。钝化的结果是，形成氧化的均匀耐腐蚀表面或膜。

　　除了自发形成的钝化之外，化学和电化学处理可用于形成氧化膜。硝酸溶液(HNO3)是一种氧化性酸(去除材料表面的电子)，会腐蚀材料。初始反应或氧化可以抵抗材料表面的化学反应。处于这种状态的材料叫做“钝化”，这种现象本身叫做“被动性”。

　　氧化铬薄膜的厚度范围通常为0.5-5.0纳米，平均为2.0-3.0纳米。氧化铬中铬与铁的原子百分比至少为1:2(或大于2)。

　　钝化操作

　　有许多钝化操作，但它们有共同的主要步骤：

　　1)洗涤(脱油溶剂)

　　2)用水冲洗

　　3)酸洗(钝化步骤)4)最终水洗

　　为了形成均匀无缺陷的钝化膜，需要对材料表面进行预处理，这就要求材料表面应完全清洁，无任何有机或无机污染物、游离金属离子污染物或腐蚀产物。

　　步骤1(除油):清除污垢、灰尘、油和油脂。使用水溶性清洁剂或溶剂完成此步骤。

　　第二步(水洗):去除溶解和游离的污垢，以及洗涤剂本身。

　　步骤3(酸洗):去除金属表面的游离离子、金属残渣、氧化物和其他腐蚀产物。在从金属表面去除这些污染物并提供氧化环境后，形成钝化膜并实现钝化。这一步通常使用无机酸。

　　第四步(最终水洗)洗去酸性溶液，并持续洗涤系统，直到流出水和流入水的性质相同。

　　美国测试和材料学会，ASTM  A  380-96，“不锈钢零件、设备和系统清洗和除垢的标准实施规程”是关于钝化的极好信息。它包括：清洁和钝化程序，化学试剂的应用，方法和检测程序。该标准对于建立特定的钝化和其他特殊的清洁程序很有价值。

　　钝化化学试剂的选择

　　硝酸是一种强氧化性酸，是钝化最常用的酸。它不仅能产生游离铁表面，还能为钝化提供氧化环境。由于硝酸是一种腐蚀性化学试剂，因此在处理、储存和使用时必须小心。

　　《联邦规格》QQ-P-35C  (1988)是硝酸应用于各种合金不锈钢的绝佳参考。

　　虽然硝酸传统上是首选的钝化酸，但钝化液的应用趋势是减少化学侵蚀，考虑废液流动的安全、成本和环境问题。

　　柠檬酸和柠檬酸铵(氨柠檬酸)正逐步被用作硝酸的替代品。这些化学试剂为人们和工作环境提供了理想的安全性。美国材料试验标准A  380 (1996)将这些酸归类为清洁酸，而不是钝化酸。造成这种差异的原因可能是这些酸不像硝酸那样是氧化剂。

　　该标准规定，柠檬酸-硝酸钠处理在去除游离铁和其他金属污染以及轻质表面污染物时风险最低。

　　磷酸是一种弱氧化性酸，有时用于特定的钝化操作。然而，没有官方文件表明磷酸可以用作钝化酸。

　　螯合剂，也称为隔离剂或配位化合物，包括所有标准的水软化化合物，如三聚磷酸钠(STPP)、次氮基三乙酸(NTA)和乙二胺四乙酸(乙二胺四乙酸)，它们可以混合成酸性钝化溶液，以增强金属离子的浸出。电解抛光管道的环形轨道焊接降低了初始钝化中使用的钝化酸的侵蚀要求。根据电解抛光不锈钢的焊接特性和钝化表面特性，减少酸接触时间、温度和/或浓度。

　　化学试剂的使用方法

　　钝化可以通过一系列的应用方法来实现。包括：

　　在洗涤剂洗涤中，搅拌或冲击可以获得最佳效果。在酸洗过程中，化学试剂的接触通常就足够了。再循环是钝化操作中的优选应用方法。再循环可以达到流速标准(通常为1.5m/秒)。